Spinrag heeft allerlei interessante eigenschappen. Zo is het ongelooflijk sterk in verhouding tot de massa en dikte van de draad. Nu blijkt ook nog dat de eiwitten waaruit het is opgebouwd, gebruikt kunnen worden als basis voor een nieuw biomedisch hulpmiddel.
Wetenschappers uit Zweden hebben ontdekt dat deze eiwitten kunnen samensmelten met andere bioactieve eiwitten om er een hydrogel van te maken die werkt op lichaamstemperatuur. Deze gel kan dan worden geïnjecteerd in het menselijk lichaam en zijn vorm behouden, bijvoorbeeld om geleidelijk medicatie af te geven.
Injecteerbare proteïnegel
De onderzoekers van het Karolinska Institutet (KI) en de Swedish University of Agricultural Sciences (SLU) zien ook mogelijkheden voor de gel om scheikundige processen te stroomlijnen waar enzymen bij komen kijken. Enzymen worden gebruikt als katalysator om allerlei processen sneller en effectiever te laten verlopen.
“We hebben een compleet nieuwe methode ontwikkeld om een driedimensionale gel van spinnenzijde te maken, die naar believen aangepast kan worden om allerlei verschillende proteïnes op de plek van bestemming te brengen”, zegt onderzoeksleider Anna Rising van het KI, wier studie in vakblad Nature Communications verscheen. “De eiwitten in de gel zitten heel erg dicht op elkaar en de methode die wij hanteren is zo ‘licht’, dat hij zelfs voor hele delicate eiwitten gebruikt kan worden.”
Biomedische en industriële toepassingen
In de nabije toekomst hopen de onderzoekers een injecteerbare proteïnegel te ontwikkelen die ook in het lichaam als gel in stand blijft. De bedoeling is dan om verschillende soorten hydrogel te maken, die elk een andere functie kunnen uitvoeren. Zo kun je denken aan een gel die over een langere tijd een medicijn kan afgeven. Ook kan een soortgelijke gel in de chemische industrie van pas komen om enzymen te binden en daarmee allerlei chemische processen snel en efficiënt te laten verlopen.
“Als we iets verder in de toekomst kijken, dan kunnen injecteerbare gels een belangrijk onderdeel worden van de regeneratieve geneeskunde”, zegt onderzoeker Tina Arndt. “Er is nog een lange weg te gaan, maar we maken veel progressie. Het feit dat de eiwitoplossing snel en stabiel verandert in een gel bij lichaamstemperatuur is veelbelovend. Ook zien we dat het organische materiaal in de gel gelukkig geen verontrustende reactie uitlokt in het menselijk lichaam.”
Het kunstje afkijken van de natuur
Spinnen kunnen enorm krachtige draden maken met hun achterlijf. Het lijkt ze geen enkele moeite te kosten om tientallen meters aan supersterk spinrag te produceren en dat heeft de interesse gewekt van de wetenschap. De onderzoekers van de KI en de SLU keken naar moleculaire mechanismen en wilden weten hoe een spin de proteïnes oplosbaar houdt. Oftewel hoe het kan dat de stoffen niet aaneen klonteren voordat de draden worden gesponnen. Dit hele gebeuren is uitvoerig bestudeerd in het lab en het lukt steeds beter om het proces van eiwitcreatie en opslag na te bootsen.
“We hebben al eerder aan kunnen tonen dat een specifiek deel van het spinrageiwit, de N-terminus, in grote hoeveelheden wordt aangemaakt door de spin. Dit houdt het eiwit oplosbaar. We kunnen dit proces kopiëren en inzetten bij medische applicaties”, aldus Anna Rising. “Het is ons gelukt om dit deel van het eiwit door bacteriën te laten produceren. De volgende stap is om dit nuttige stukje eiwit te koppelen aan functionele eiwitten, waaronder medicijnen en enzymen.”
De nieuwe studie toont aan dat de N-terminus ook de vorm kan aannemen van kleine fibrillen, die ervoor zorgen dat de eiwitoplossing bij 37 graden Celsius in een gel verandert, als die is ingebracht in het menselijk lichaam. Daarnaast kan de N-terminus samensmelten met de functionele proteïnen in de gel zonder dat dit ten koste gaat van de uiteindelijke functie van deze stofjes.
Het ziet er dus hoopvol uit voor de hydrogel. Binnenkort injecteren we onszelf misschien wel met spinrag.
